БИОХИМИЯ ПОЧЕК И МОЧИ

«БИОХИМИЯ ПОЧЕК И МОЧИ»

План:

1.Функция почек. Особенности метаболизма в почках.

2.Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация,

3.Механизм реабсорбции в проксимальных канальцах почек.

4.Механизм реабсорбции в дистальных канальцах почек. Роль антидиуретического гормона, альдостерона, ПНФ, паратгормона, кальцитриола и кальцитонина.

5.Коэффициент очищения крови (клиренс).

6.Механизмы поддержания КОС почками

7.Общие свойства мочи в норме и при патологии.

8.Химический состав мочи в норме и при патологии. Патологические компоненты мочи.

Функции почек

1)Выделительная (экскреторная) – из организма удаляются:

•конечные продукты азотистого обмена – мочевина, креатинин, мочевая кислота;

•продукты обезвреживания эндогенных и экзогенных токсичных веществ – билирубинглюкуронид, индикан; ксенобиотики и лекарственные вещества; никотин и т.п.;

•избыточные или не нужные вещества – витамины, гормоны, вода,

органические кислоты.

2)Регуляторная (гомеостатическая) -регулируют

•водно-солевой обмен;

•поддержание объема крови после кровопотери;

•артериальное давление;

•кислотно-основное состояние;

3)Биосинтетическая (метаболическая) - образование в почке физиологически активных веществ и их секреция во внутреннюю среду организма:

•Эритропоэтина, стимулирующего продукцию эритроцитов;

•плазминогена и его активатора урокиназу – компонентов системы фибринолиза;

•креатина – предшественника макроэогического соединения креатинфосфата;

•кальцитриола - гормона, регулирующего кальциевый обмен;

•глюкозы из органических кислот (лактата, пирувата), основное значение глюконеогенез в почках имеет при полном голодании (до75% всей глюкозы).

4)Катаболическая-в почках происходит распад гормонов белковой и пептидной природы. В клетках канальцев, под действием лизосомальных протеолитических ферментов эти белки и пептиды гидролизуются до аминокислот, которые поступают в кровь и реутилизируются клетками других тканей.

Особенности строения и почек

Строение нефрона

Почка состоит из прочной капсулы, паренхимы (ткани почки) и

системы накопления и выведения мочи.

Почка снаружи покрыта соединительнотканной капсулой,

под которой расположено корковое вещество. Под корковым веществом находится мозговое вещество,

организованное в виде пирамид.

Основной структурно-функциональной единицей почек является нефрон.в каждой почке около 1 миллиона нефронов.

Клубочек представляет собой скопление капилляров по которым протекает кровь. Петли капилляров, составляющих клубочек, погружены в полость капсулы Шумлянского-Боумена. Капсула имеет двойные стенки,

между которыми имеется полость. Полость капсулы непосредственно переходит в проксимальный извитой каналец, который затем продолжается петлей Генле и дистальным извитым канальцем.впадающим в собирательные трубочки. Несколько собирательных трубочек впадают в сосочковые протоки, открывающиеся в почечные чашки. Канальцы оплетены сосудистой, сетью, образованной выносящей артериолой. Диаметр выносящей артериолы меньше диаметра приносящей артериолы.

В почке человека различают два типа нефронов: корковые нефроны

(85%), почечное тельце которых локализуется в корковом веществе, и

юкстамедуллярные нефроны (15%), клубочки которых расположены на границе коркового и мозгового вещества, а петля с нисходящей и входящей частями – в мозговом веществе.

Рис.2 Структурно=функциональная единица почек (нефрон)

Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация

Образование мочи происходят в три основных этапа::

•ультрафильтрация

•реабсорбция

•секреция .

1 — ультрафильтрация жидкости в полость капсулы клубочка (А); 2 — реабсорбция профильтровавшихся веществ из просвета канальца (Б) в

кровь; 3 — секреция веществ из крови в просвет канальца;

4 — секреция веществ,

образовавшихся в клетке

канальца, в его просвет или в

процессы кровь.

Начальным этапом образвания мочи является ультрафильтрация.

Ультрафильтрация – процесс перехода плазмы крови из кровеносных капилляров в просвет капсулы Боумена, в результате чего образуется

первичная моча.

Первичная моча- это ультрафильтрат плазмы кровис определенным набором растворенных минеральных и органических веществ. Избирательное проникновение плазмы крови в полость капсулы обусловлено наличием

фильтрационного (гематонефротического) барьера, который отделяет

пространство капсулы от просвета капилляра.С помощью электронной микроскопии обнаружено, что он имеет "окна", через которые могут легко проходить вода и большинство растворенных в плазме веществ.

Фильтрационный барьер состоит из трех слоев:

1.Эндотелий – является барьером для клеток крови, имеет поры 50-100 нм. 2.Базальная мембрана – является основной частью фильтра, препятствующей проникновению из плазмы крови высокомолекулярных белков. Имеет поры диаметром 5-6 нм, которые пропускают белки массой не более 68 000 Да.

3.Эпителиальные клетки – подоциты. Подоциты – формируют структуры

"переплетенных пальцев", формируя трехмерный фильтр с порами 20-50 нм.

Пространство пор заполняет гликокаликсподоцитов, состоящий из гликопротеинов с сиаловой кислотой, несущей высокий отрицательный заряд. Наличие сиалопротеинов обеспечивает прохождение молекул диаметром от 1,5 до 10 нм и предотвращает прохождение более крупных молекул.

Рис.4 Схематическое изображение фильтрационного (гематонефротического) барьера

Этот фильтрационный барьер почти непроницаем для высокомолекулярных веществ. Прохождение молекул затруднено не только их размерами, но и отрицательным зарядом стенки пор. Поэтому отрицательно заряженные молекулы фильтруются в меньшей степени, а

положительно заряженные - в большей степени, чем электронейтральные молекулы. Поскольку подавляющее большинство белков плазмы несет только отрицательный электрический заряд, они не фильтруются через почечную мембрану. Следует указать, что отрицательный заряд фильтрационной мембраны является препятствием только по отношению к макромолекул, но не по отношению к неорганическим ионам, не связанных с макромолекулами, или низкомолекулярных органических растворимых веществ.

Ультрафильтрация зависит только от размеров молекул. Таким образом, в условиях физиологической нормы размеры пор определяют состав клубочкового фильтра. В норме в фильтрате можно обнаружить почти все вещества, содержащиеся в плазме крови, за исключением белков больших размеров.

Процесс ультрафильтрации обусловлен разностью между гидростатическим давлением крови, гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкотическим давлением белков плазмы крови.

Рфильтр = Ргидр.крови – Ркапсул – Ронкот, , где

Для обеспечения процесса фильтрации необходимо, чтобы гидростатическое давление крови в капиллярах превышало сумму онкотического и внутрикапсулярного. В норме эта величина составляет около 30 мм рт. ст.

Рис.5 Зависимость величины гидростатического давления в капиллярах клубочка (Рг) от

соотношения просветов приносящей и выносящей артериол.

Капиллярное давление в почках зависит не столько от артериального давления, сколько от соотношения просвета «приносящей» и «выносящей» артериол клубочка. Диаметр приносящей артериолы на 20 - 30% шире,

нежели диаметр выносящей. По этой причине в клубочке создается повышенное давление, что способствует проникновению жидкости в просвет

капсулы, где давление ниже.Гидростатическое давление увеличивается или снижается при изменении соотношения диаметров приносящей и выносящей артериол, что является ведущим механизмом регуляции процесса фильтрации (рис.5).Регуляция их просвета осуществляется прежде всего кининовой системой. Сужение «выносящей» артериолы увеличивает фильтрацию, напротив, сужение «приносящей» артериолы снижает скорость клубочковой фильтрации.

Ультрафильтрация - процесс пассивный и неизбирательный, поскольку вместе с «отходами» из крови удаляются и вещества, необходимые для жизнедеятельности. В сутки в почках образуется 150 - 180 л первичной мочи,

а выделяется 1,5-2,0 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубочках.

Механизм реабсорбции в проксимальных канальцах

Реабсорбция (или обратное всасывание)–это транспорт веществ из просвета канальца в кровь. Все вещества, которые могут быть использованы организмом или нужны для поддержания водно-солевого гомеостаза,

всасываются из фильтрата в кровеносные капилляры.

Основная рольреабсорбции: сохранить организму все жизненно важные вещества в необходимых количествах.

Функциональное значение отдельных почечных канальцев в процессе мочеобразования неодинаково.

Реабсорбция в проксимальных канальцах –облигатная

(обязательная).Основная масса молекул реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона.

В основе реабсорбции лежат процессы мембранного транспорта через стенки канальцев. Они универсальны, и не отличаются от тех, что обеспечивают перенос веществ через другие плазматические мембраны (при всасывании в кишечнике, транспорте в капиллярах).Для реабсорбции растворённых веществ и воды из просвета канальца в кровь, есть два пути:

парацеллюлярный (между клетками через зоны плотных контактов) и

трансцеллюлярный – ("через"клетку). В последнем случае вещество на своем пути должно преодолеть две плазматические мембраны (апикальную и базальную) и цитоплазму клетки.

Парацеллюлярнаяреабсорбция может осуществляться посредством диффузиибез затраты энергии по электрохимическому, концентрационному и осмотическому градиентам.или за счет переноса вещества вместе с растворителем. Трансцеллюлярный путь осуществляется посредством первично или вторично активного транспорта.

В клетках проксимальных канальцев реабсорбируется 100% глюкозы и аминокислот, белки, до 80% Nа+, воды и бикарбоната, 65% кадьция,

витамины и другие вещества.

Реабсорбцияионов натрия

Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану в клетки эпителия канальцев происходит пассивно через натриевые каналы по концентрационному градиенту. Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью Na+/K+ -

АТФазы. До 80% энергии АТФ в клетках канальцев почек расходуется на

«натриевый насос». Кроме того, в процессах переноса Na+ в клетки участвует также Na+/Н+-переносчик, участвующий в обмене Na+ на Н+.

Переносимые ионы водорода находятся в жидкости проксимального мочевого канальца в комбинации с профильтровавшимся бикарбонатом или с секретируемыми органическими основаниями. В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода (антипорт) - наружу.

РаботаNa+/Н+-переносчика способствует реабсорбции профильтрованного бикарбоната, который транспортируется по механизму симпорта вместе с ионами натрия.Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.

Реабсорбция ионов натрия сопряжена с транспортом других веществ. С помощью пассивного транспорта осуществляется

реабсорбцияводы, хлора, мочевины. Механизмом вторично-активного транспортареабсорбируются глюкоза, аминокислоты, фосфаты.

Реабсорбция воды

Всасывание воды в проксимальном сегменте происходит пассивно в результате активного всасывания натрия. Вода в этом случае «следует» за натрием. Реабсорбцию воды обеспечивают мембранные водные поры – аквапорины разных типов.

Реабсорбция в проксимальных канальцах являетсяизоосмотической,

т.к. вода и Nареабсорбируются взаимосвязано. В результате химический состав канальцевой жидкости меняется, а осмотическая концентрация не изменяется. Первичная моча изотонична плазме крови.

Рис.6 Основные системы транспорта в проксимальном канальце нефрона.

Реабсорбция глюкозы

По механизму однонаправленного сопряженного транспорта (симпорт)

вместе с натрием реабсорбируются глюкоза, аминокислоты и фосфаты.

Путём облегчённой диффузии Na+ из фильтрата проникает в клетки,

одновременно в клетки поступает глюкоза (против градиента концентрации!). Таким образом, концентрация глюкозы в клетках канальцев почек становится выше, чем во внеклеточной жидкости, и белки-

переносчики осуществляют облегчённую диффузию глюкозы в межклеточное пространство и оттуда в кровь. Ввиду того что для реабсорбции глюкозы необходимо связывание каждой ее молекулы с молекулой переносчика, при избытке глюкозы в первичной моче может произойти полная загрузка всех молекул переносчиков и глюкоза уже не сможет всасываться в кровь. Величине максимального канальцевого транспорта соответствует понятие «почечный порог выведения». Для глюкозы порог выведения составляет 10 ммоль/л, выше которого она появляется в конечной моче, т. е. полностью не реабсорбируется.

Реабсорбция аминокислот

Подобно глюкозе в проксимальных канальцах почти полностью реабсорбируются аминокислоты. Реабсорбция аминокислот осуществляется путем вторично-активного транспорта, совместно с Nа+. Однако для аминокислот в апикальной мембране имеется не один переносчик, как для глюкозы, а 5-7 видов переносчиков, специфичных для различных групп

(нейтральных, основных, дикарбоновых и др. аминокислот).

Реабсорбцияфосфат-ионов

Фосфаты, реабсорбируются на две трети в проксимальном канальце посредством вторично-активного транспорта с помощью переносчиков,

расположенных на апикальной мембране эпителиальных клеток и осуществляющих сопряженный с Na+ перенос (по механизму симпорта).Ацидоз уменьшает количество этих переносчиков в мембране,

тогда как алкалоз увеличивает их число.